伊拉克東南部A 油田白云巖儲(chǔ)層特征及控制因素

孫福亭

（中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司，北京 100028）

古近系漸新統(tǒng)-新近系中新統(tǒng)的Asmari 組是扎格羅斯盆地乃至中東地區(qū)的重要含油氣層位之一，蘊(yùn)藏著極其豐富的石油天然氣資源[1，2]。伊拉克東南部A 油田是一個(gè)可采儲(chǔ)量上億噸的大型油田，Asmari 組是其主力產(chǎn)油層位，其中Asmari 組頂部發(fā)育一套50 m～70 m厚的白云巖儲(chǔ)層，儲(chǔ)量約占整個(gè)A 油田地質(zhì)儲(chǔ)量的一半，由于沉積后成巖演化復(fù)雜且受構(gòu)造擠壓破裂作用影響，導(dǎo)致該白云巖儲(chǔ)層孔滲相關(guān)性差，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的主控因素不清，空間展布不明，導(dǎo)致生產(chǎn)井產(chǎn)能差異大，見水規(guī)律復(fù)雜，嚴(yán)重制約了油田的正常開發(fā)生產(chǎn)。

鑒于此，本次研究以A 油田實(shí)際的巖心、薄片、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及測(cè)井曲線資料為基礎(chǔ)，深入研究該白云巖儲(chǔ)層的巖石類型、儲(chǔ)集空間類型、沉積環(huán)境、沉積模式、成巖作用等，分析總結(jié)其優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素，以期為后續(xù)該油田Asmari 組頂部白云巖儲(chǔ)層的高效開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

A 油田位于伊拉克東南部，毗鄰伊朗邊界，在構(gòu)造上位于扎格羅斯山前坳陷南部邊緣的低角度褶皺帶上，毗鄰美索不達(dá)米亞盆地。在喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)過程中，受非拉伯板塊與歐亞板塊持續(xù)碰撞產(chǎn)生的巨大北東-南西向水平擠壓應(yīng)力影響，地殼快速隆升形成了現(xiàn)今的扎格羅斯山脈[3，4]。A 油田處于扎格羅斯山前坳陷南部邊緣，受扎格羅斯山隆升產(chǎn)生的北東-南西向水平擠壓構(gòu)造應(yīng)力影響，A 油田整體表現(xiàn)為北西-南東向的長(zhǎng)軸背斜構(gòu)造[5]。

研究表明，在Asmari 組頂部白云巖沉積時(shí)，研究區(qū)處于一個(gè)海平面短暫上升而后震蕩下降的三級(jí)層序中，水體環(huán)境相對(duì)封閉，主要發(fā)育局限臺(tái)地相[6]，通過巖心、薄片觀察，結(jié)合沉積環(huán)境，區(qū)域海平面升降變化及古地貌恢復(fù)認(rèn)為研究區(qū)主要發(fā)育瀉湖和臺(tái)內(nèi)灘兩種沉積亞相。Asmari 組A 段沉積結(jié)束之后，海平面急劇抬升，受當(dāng)時(shí)干熱古氣候影響，局限臺(tái)地逐漸演化為蒸發(fā)臺(tái)地，在Asmari 組之上形成了一套區(qū)域穩(wěn)定分布的Lower Fars 組巨厚膏鹽巖蓋層。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

對(duì)A 油田現(xiàn)存的3 口取心井Asmari 組頂部白云巖的巖心和薄片進(jìn)行觀察鑒定，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)Asmari 組頂部白云巖儲(chǔ)層以顆粒白云巖和泥粉晶白云巖為主，顆粒間，晶間常見石膏斑塊狀分布（見圖1（a）～圖1（c）），顆粒主要為生物碎屑（見圖1（a）），砂屑（見圖1（b）），鮞粒（見圖1（c）），偶見球粒。巖心上常見石膏呈斑塊狀分布（見圖1（d）），偶見石膏薄層，石膏的發(fā)育表明在Asmari 組頂部白云巖沉積時(shí)，研究區(qū)沉積水體受限，曾處于較強(qiáng)的蒸發(fā)環(huán)境中，此外巖心上還可見白云巖原地溶蝕垮塌形成的角礫巖（見圖1（e）），角礫間多被泥質(zhì)充填，膠結(jié)嚴(yán)重，是喀斯特作用的標(biāo)志性產(chǎn)物。

2.2 儲(chǔ)集空間類型

通過鑄體薄片鑒定進(jìn)行孔隙類型的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)Asmari 組A 段白云巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間以顆粒間溶孔為主，同時(shí)發(fā)育鑄?？?、生物體腔孔，晶間溶孔、微孔和裂縫。

顆粒間溶孔-通過鏡下薄片觀察發(fā)現(xiàn)研究區(qū)Asmari 組頂部白云巖的白云石晶粒普遍較小，主要為泥-粉晶級(jí)別，晶體較小表明白云石化的形成時(shí)間較早，一般為同生至準(zhǔn)同生期的產(chǎn)物，而埋藏調(diào)整白云石化作用形成的白云石晶體晶粒較粗大，一般為細(xì)晶及以上。結(jié)合區(qū)域沉積背景，其沉積時(shí)處于蒸發(fā)作用較強(qiáng)的蒸發(fā)潮坪-局限臺(tái)地的過渡環(huán)境中，認(rèn)為研究區(qū)的白云石化作用主要為同生-準(zhǔn)同生期發(fā)生的滲透回流白云石化作用[7]。顆粒間溶孔為短期海平面下降導(dǎo)致的臺(tái)內(nèi)灘暴露受喀斯特作用改造而成，溶蝕組分主要為顆粒間還未完全白云石化的高鎂方解石基質(zhì)和膠結(jié)物[8]（見圖2（a）、2（b））。

圖1 伊拉克東南部A 油田白云巖儲(chǔ)層巖石學(xué)特征Fig.1 Rock characteristics of dolomite reservoir in A oilfield，southeast Iraq

鑄?？?鑄?？资茿smari 組頂部白云巖儲(chǔ)層中的另一種常見孔隙類型，主要為文石質(zhì)生物殼屑發(fā)生組構(gòu)選擇性溶蝕而成，孔隙多保留了原生物殼屑的外部形態(tài)（見圖2（c））。另外石膏沉淀形成的石膏斑塊在喀斯特作用時(shí)期亦容易發(fā)生溶解，形成鑄?？住?/p>

生物體腔孔—生物體腔孔為沉積后被埋藏的生物體腔中的有機(jī)組織腐爛而形成的孔隙。研究區(qū)的生物體腔孔主要為有孔蟲形成的體腔孔（見圖2（d））。

晶間微孔及溶孔—白云石化作用發(fā)生時(shí)，鎂離子替代鈣離子，方解石晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，理論上當(dāng)發(fā)生等摩爾交代時(shí)，會(huì)形成大量的白云石晶間微孔，但在開放環(huán)境下，受大氣淡水不斷補(bǔ)充碳酸根離子的影響，往往會(huì)發(fā)生過白云石化作用[9]，因此只有一小部分白云石化作用形成的晶間微孔會(huì)被保存下來（見圖2（e））。而晶間溶孔則是受大氣淡水淋濾溶蝕所致，是基質(zhì)中未完全白云石化的高鎂方解石組分溶解而成（見圖2（f））。

構(gòu)造成因裂縫—Asmari 組A 段白云巖儲(chǔ)層在局部區(qū)域發(fā)育裂縫，在成像測(cè)井、巖心、薄片資料上均有顯示（見圖2（d）、2（e）），利用成像測(cè)井資料進(jìn)行裂縫參數(shù)解釋，發(fā)現(xiàn)主要裂縫走向與斷層走向一致，分析認(rèn)為裂縫的形成與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)，大部分裂縫與斷層形成于同一期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。裂縫參數(shù)定量解釋顯示，裂縫對(duì)儲(chǔ)層的平均孔隙度貢獻(xiàn)率約0.6 %，對(duì)孔隙度的貢獻(xiàn)較低，其主要作用為改善儲(chǔ)層的滲流能力。研究區(qū)有部分井見水異常，含水上升速度快，分析與垂向裂縫發(fā)育有關(guān)。

2.3 沉積相及沉積模式

根據(jù)巖心和薄片觀察，結(jié)合前人對(duì)區(qū)域沉積的認(rèn)識(shí)，分析認(rèn)為研究區(qū)在Asmari 組頂部白云巖沉積時(shí)總體上處于半干旱-干旱、炎熱的沉積環(huán)境，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，水體受限，為蒸發(fā)潮坪-局限臺(tái)地的過渡環(huán)境，以局限臺(tái)地為主。其沉積模式屬于具近岸灘壩的碳酸鹽巖緩坡，研究區(qū)主要處于內(nèi)緩坡，主要發(fā)育瀉湖和臺(tái)內(nèi)灘兩種沉積亞相（見圖3）。

臺(tái)內(nèi)灘是研究區(qū)最重要的沉積亞相類型，主要發(fā)育在局限臺(tái)地內(nèi)水下的古地貌高點(diǎn)，沉積界面位于平均浪基面附近，水體能量相對(duì)較高，沉積物以碳酸鹽巖顆粒為主[10]，顆粒包括生物碎屑、砂屑、鮞粒等，生物一般破碎嚴(yán)重，保存不完整。

瀉湖亞相沉積時(shí)水體相對(duì)較深，一般位于浪基面之下，水體能量弱，沉積物以灰泥為主[11]，含少量碳酸鹽巖顆粒，可見保存相對(duì)完整的生物骨架，研究區(qū)主要為有孔蟲。

2.4 成巖作用于孔隙演化

Asmari 組頂部白云巖儲(chǔ)層的成巖作用主要有準(zhǔn)同生期膠結(jié)作用、白云石化作用、表生期喀斯特作用以及埋藏期壓實(shí)作用、壓溶作用、膠結(jié)作用、重結(jié)晶作用等。

準(zhǔn)同生期的膠結(jié)作用主要發(fā)生在臺(tái)內(nèi)灘微相中，臺(tái)內(nèi)灘微相在未發(fā)生白云石化作用前為富含顆粒的石灰?guī)r，顆粒間為飽和碳酸鈣的海水，膠結(jié)物原始成分為文石和高鎂方解石，后發(fā)生新生變形，形成方解石膠結(jié)物，在研究區(qū)主要表現(xiàn)為泥晶粒狀薄環(huán)邊膠結(jié)（見圖4（a））。膠結(jié)物將顆粒黏結(jié)成堅(jiān)硬的骨架，對(duì)后期的壓實(shí)作用有一定的抑制作用，有利于原始孔隙的保存[12]。

在不同的成巖環(huán)境中，白云石化的機(jī)理也各不相同[13]。鏡下薄片觀察表明，研究區(qū)的白云石晶體主要集中在泥-粉晶級(jí)別，結(jié)合水體受限，強(qiáng)蒸發(fā)的沉積環(huán)境，判斷白云石化作用也主要發(fā)生在準(zhǔn)同生期，其中瀉湖和臺(tái)內(nèi)灘微相主要為滲透回流白云石化作用，而薩布哈微相則主要為毛細(xì)管濃縮白云石化作用，相對(duì)開放的沉積環(huán)境造成儲(chǔ)層中流體的CO32-供應(yīng)充足，發(fā)生了過白云石化作用，因此難以判斷白云石化作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙是否具有改善作用。

古老的碳酸鹽巖在經(jīng)歷沉積后的壓實(shí)、膠結(jié)、重結(jié)晶后，原生孔隙所剩無幾，而溶蝕作用產(chǎn)生次生孔隙則成為碳酸鹽巖的重要儲(chǔ)集空間[14]。研究表明，研究區(qū)的溶蝕作用主要發(fā)生在表生成巖環(huán)境，埋藏后的碳酸鹽巖由于區(qū)域構(gòu)造抬升或海平面下降而暴露地表后，偏酸性的大氣淡水，對(duì)亞穩(wěn)定文石和高鎂方解石質(zhì)的生物碎屑、顆粒、膠結(jié)物、基質(zhì)產(chǎn)生了選擇性溶蝕，從而形成粒間溶孔、鑄?？?、晶間溶孔等（見圖4（b）），硬石膏晶體和小結(jié)核亦可被溶蝕形成溶孔或鑄?？?，溶蝕作用使孔隙度增加，儲(chǔ)層連通性變好。

圖3 伊拉克東南部A 油田白云巖儲(chǔ)層沉積模式Fig.3 Depositional mode of dolomite reservoir in A oilfield，southeast Iraq

圖4 伊拉克東南部A 油田白云巖儲(chǔ)層成巖作用類型Fig.4 Diagenetic types of dolomite reservoir in A oilfield，southeast Iraq

機(jī)械壓實(shí)作用使沉積層厚度減薄，孔隙度降低，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，在100 m 厚沉積物覆蓋下，灰泥沉積物可被壓實(shí)掉原始厚度的二分之一以上和原始孔隙度的50 %～60 %，富含顆粒的沉積物的壓實(shí)率要小一些[15]。

壓溶作用是使研究區(qū)白云巖儲(chǔ)層孔隙度降低的另一重要成巖作用，主要形成顆粒間的微縫合線接觸和起伏規(guī)模不大的縫合線（見圖4（c））。

研究區(qū)的埋藏期膠結(jié)作用主要有白云石膠結(jié)和硬石膏膠結(jié)，白云石多呈粉晶粒狀環(huán)邊膠結(jié)，粒間和晶間孔隙、裂縫均可被膠結(jié)充填（見圖4（d）），硬石膏膠結(jié)物呈分散的板狀、斑塊狀、條帶狀分布于顆粒與白云石晶體間（見圖4（e）），硬石膏作為膠結(jié)物的同時(shí)還常交代顆粒（見圖4（f））、膠結(jié)物或泥晶基質(zhì)組分等，埋藏期的膠結(jié)作用是導(dǎo)致研究區(qū)孔隙度降低的主要因素。

2.5 有效儲(chǔ)層及儲(chǔ)層物性

A 油田Asmari 組頂部白云巖儲(chǔ)層整體物性較差，有效儲(chǔ)層下限研究表明，研究區(qū)Asmari 組頂部白云巖的有效儲(chǔ)層占比不到50 %，白云巖中存在大量的物性夾層，夾層分布極不穩(wěn)定，橫向?qū)Ρ刃圆?，物性夾層一般孔隙度較低，通常小于3 %，但巖心實(shí)測(cè)的物性數(shù)據(jù)表明，部分物性夾層具有一定的滲透能力，可能與裂縫發(fā)育有關(guān)。巖心實(shí)驗(yàn)測(cè)試的孔、滲數(shù)據(jù)資料分析表明，Asmari 組頂部的白云巖儲(chǔ)層孔隙度分布范圍為：0.1 %～21.3 %，滲透率分布范圍為：0.012 mD～454 mD，孔滲相關(guān)性差（見圖5），儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。

圖5 伊拉克東南部A 油田白云巖儲(chǔ)層孔滲關(guān)系圖Fig.5 Relationship between porosity and permeability of dolomite reservoir in A oilfield，southeast Iraq

3 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主控因素

一般對(duì)于常規(guī)碎屑巖油藏來說，由于成巖作用在碎屑巖儲(chǔ)層中相對(duì)微弱，沉積相帶對(duì)儲(chǔ)層物性起主要控制作用，而對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層來說，其成巖作用強(qiáng)烈，是控制有效儲(chǔ)層形成的另一關(guān)鍵因素。此外，受扎格羅斯造山運(yùn)動(dòng)影響，A 油田Asmari 頂部白云巖斷層發(fā)育，同時(shí)在局部區(qū)域發(fā)育構(gòu)造擠壓破裂作用產(chǎn)生的裂縫，生產(chǎn)測(cè)試表明，裂縫能大幅改善局部?jī)?chǔ)層的滲流能力，提高油井產(chǎn)能。

3.1 沉積作用

對(duì)研究區(qū)不同沉積相帶樣品的孔-滲分析發(fā)現(xiàn)，高能環(huán)境的臺(tái)內(nèi)灘微相樣品點(diǎn)的平均孔隙度、滲透率要明顯高于瀉湖微相樣本點(diǎn)。通過鏡下薄片觀察發(fā)現(xiàn)，溶蝕孔隙最發(fā)育的層段通常是顆粒含量高的臺(tái)內(nèi)灘微相沉積，這說明原生的粒間孔隙為后期的喀斯特改造作用提供了通道，溶蝕作用更容易發(fā)生原生粒間孔隙發(fā)育巖石中，從而改善巖石的儲(chǔ)集滲流能力，形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，而原生粒間孔隙不發(fā)育的瀉湖微相中，即使經(jīng)歷了喀斯特改造作用，由于喀斯特水沒有足夠的有效滲流循環(huán)通道，溶蝕孔隙并不發(fā)育，這表明，對(duì)于研究區(qū)的白云巖儲(chǔ)層來說，有利的沉積相帶依然是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ)條件。

沉積相帶是控制儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ)和先決條件，而對(duì)于研究區(qū)來說，沉積相帶分布則主要受控于古地貌和海平面升降兩大因素。研究表明，在Asmari 組頂部白云巖沉積時(shí)，研究區(qū)處于一個(gè)海平面短期上升而后震蕩下降的三級(jí)層序中，海平面的短期升降和古地貌高低共同控制了沉積相帶的側(cè)向遷移，當(dāng)海平面下降時(shí)，水體變淺，水下的古地貌高點(diǎn)逐漸處于浪基面附近，水體能量增強(qiáng)，形成了高能的臺(tái)內(nèi)灘相沉積，顆粒發(fā)育，儲(chǔ)層物性好；而當(dāng)海平面上升時(shí)，水體加深，水下的古地貌高點(diǎn)逐漸過渡到浪基面之下，水體能量減弱，形成了低能的瀉湖相沉積，儲(chǔ)層物性變差。

3.2 成巖作用

相比碎屑巖，碳酸鹽巖的成巖作用更為強(qiáng)烈，尤其是差異性溶蝕、膠結(jié)作用對(duì)沉積后的碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙改造明顯，是儲(chǔ)層內(nèi)部非均質(zhì)性產(chǎn)生的另一重要因素。研究表明，Asmari 組A 段白云巖儲(chǔ)層溶蝕孔隙發(fā)育，溶蝕孔隙形成與表生期的喀斯特作用有關(guān)，是在海平面下降期，沉積物暴露之后，受大氣淡水淋濾溶蝕改造的結(jié)果，當(dāng)海平面上升，暴露地層之上再度接受沉積后，之前大氣淡水淋濾溶蝕形成的大量溶蝕孔易被保存下來，形成物性較好的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。而膠結(jié)作用，則會(huì)充填原有的粒間、晶間孔隙，使儲(chǔ)層物性變差。

3.3 構(gòu)造改造作用

構(gòu)造改造作用，是研究區(qū)白云巖儲(chǔ)層裂縫發(fā)育的主要因素。裂縫對(duì)儲(chǔ)層的孔隙空間貢獻(xiàn)不大，但卻可以形成優(yōu)勢(shì)滲流通道，大大提高儲(chǔ)層的滲流能力。研究表明，裂縫多在斷層發(fā)育帶或構(gòu)造轉(zhuǎn)換帶等構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)的局部區(qū)域發(fā)育。

4 結(jié)語

伊拉克東南部A 油田Asmari 組頂部白云巖儲(chǔ)層的主要巖石類型為顆粒白云巖和泥粉晶白云巖。儲(chǔ)集空間類型主要為顆粒間溶孔，同時(shí)發(fā)育鑄?？?、生物體腔孔、晶間溶孔、微孔和裂縫。沉積時(shí)水體受限，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，主要為局限臺(tái)地相沉積，局限臺(tái)地內(nèi)部的相對(duì)高能相帶-臺(tái)內(nèi)灘為優(yōu)勢(shì)沉積相帶，主要沉積顆粒白云巖。

A 油田Asmari 組頂部白云巖儲(chǔ)層受成巖改造作用影響強(qiáng)烈，其主要經(jīng)歷的成巖作用有準(zhǔn)同生期膠結(jié)作用、白云石化作用、表生期喀斯特作用以及埋藏期壓實(shí)作用、壓溶作用、膠結(jié)作用和重結(jié)晶作用，其中表生期喀斯特作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙的改造至關(guān)重要。

受沉積、成巖、構(gòu)造改造多重因素影響，Asmari 組A 段白云巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。在今后的開發(fā)方案制定及井網(wǎng)部署過程中，應(yīng)充分考慮儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，加強(qiáng)儲(chǔ)層分類、隔夾層分布及裂縫分布研究，并根據(jù)研究結(jié)果實(shí)時(shí)優(yōu)化井網(wǎng)，以提高該層的最終采收率。